авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

«С. Д. Варламов А. Р. Зильберман В. И. Зинковский Э К С П Е Р И М Е Н ТА Л Ь Н Ы Е ЗАДАЧИ НА УРОКАХ ФИЗИКИ И ...»

-- [ Страница 4 ] --

4. Ещё б льшая частота соответствует колебаниям, при о которых шарики не выходят из плоскости колебаний и сме щаются в противофазе вверх и вниз.

5. Самая больш я частота колебаний имеет место, когда а шарики, не выходя из плоскости равновесия, смещаются синхронно, то есть в одной фазе вверх/вниз. В этом случае нить работает, как пружина.

Игра в «чёрный ящик» (11—2—2001) Внутри «чёрного ящика» с двумя выводами ровно три эле мента (возможны резисторы и конденсаторы). Нужно опреде лить схему их соединения и параметры элементов.

Оборудование: «чёрный ящик», генератор звуковой, мил лиамперметр переменного тока 5/50 мА, резисторы 5 кОм и 1 кОм, провода.

Примечание: используйте выводы «ОБЩ» и «5 Ом» ге нератора, не подавайте слишком большое напряжение на миллиамперметр — он этого не любит, приборы не слишком Экспериментальные задачи физических олимпиад точные — далёкие от идеальности — постарайтесь обойтись тем, что есть.

(Внутри «чёрного ящика» находились соединённые после довательно два резистора, сопротивления которых отлича лись примерно в 3 раза, параллельно резистору с б льшим о сопротивлением был подключён конденсатор.) Решение. Из миллиамперметра и одного из резисторов (с наибольшим сопротивлением) можно сделать вольтметр с большим внутренним сопротивлением. Подключив его и «чёрный ящик» параллельно к выходу генератора, нужно пройтись по всему диапазону частот и убедиться, что ам плитуда колебаний на выходе генератора не зависит от час тоты.

Затем следует устроить из «чёрного ящика» и оставше гося внешнего резистора делитель и построить зависимость коэффициента передачи такого делителя от частоты. Снимать напряжение следует с внешнего резистора, сопротивление которого в 5 раз меньше внутреннего сопротивления вольт метра. Оказывается, на низких частотах коэффициент пере дачи равен примерно 1/9, а на высоких в три раза больше — примерно 1/3.

Если вольтметр включить не параллельно резистору с ма лым сопротивлением, а последовательно с ним, то на низких частотах коэффициент передачи делителя вырастает пример но в 4 раза до 3/7, а на высоких частотах — примерно в два раза до 5/7.

Из этих данных можно сделать вывод, что в «чёрном ящике» два резистора R1 и R2 соединены последовательно и к одному из них (R2 ) параллельно подключён конденсатор.

Сопротивления резисторов такие: R1 = 2 кОм, R2 = 6 кОм.

Теперь можно подключить генератор, миллиамперметр и «чёрный ящик» последовательно друг за другом. Сопротив ление миллиамперметра мало в сравнении с сопротивлением 2 кОм. Можно считать его идеальным прибором. На частоте около 1,5 кГц ток миллиамперметра примерно в два раза меньше, чем его максимальное значение на самых высоких частотах.

Отсюда можно вычислить значение ёмкости конденсатора:

примерно 0,04 мкФ = 40 нФ.

134 Часть «Чёрный ящик» (11—1—2002) Измерения на переменном токе.

Приборы и оборудование: «чёрный ящик» с двумя вы водами, содержащий внутри сложную схему из ровно двух элементов, генератор звуковых частот, миллиамперметр пе ременного тока (5 и 50 мА), резистор 440 Ом (это точное значение!), конденсатор известной ёмкости (? мкФ, точное значение указывалось каждому школьнику отдельно), прово да, миллиметровая бумага.

Задание: определите содержимое «чёрного ящика» и схе му соединения элементов, измерьте параметры элементов, помещённых в «чёрный ящик», оцените погрешность полу ченных результатов.

Пожалуйста, постарайтесь сохранить в исправности вы данное оборудование!

(В «чёрном ящике» находились параллельно соединённые резистор и конденсатор.) Решение. Поскольку в условии имеется предупреждение о сохранении в исправности выданного оборудования, скорее всего, так предупреждают, что не следует подключать мил лиамперметр непосредственно к входу генератора, когда на выходе большое напряжение. Попробуем уменьшить напря жение до минимума и подключим-таки миллиамперметр к ге нератору. Прибор сразу показывает много и при малейшем увеличении напряжения генератора «зашкаливает» — наши подозрения подтвердились! Следовательно, миллиамперметр можно включать только последовательно с каким-либо (кста ти, одним единственным) резистором.

Сначала, как обычно, убедимся в том, что генератор до статочно «хорош», то есть его выходное сопротивление доста точно мало и напряжение на выходе генератора не зависит от частоты. Для этого из миллиамперметра и внешнего резисто ра соорудим плохонький вольтметр. При последовательном включении этих элементов внутреннее сопротивление такого вольтметра имеет порядок 440 Ом. Подключим такой вольт метр к выходу генератора и пройдёмся по всему диапазону частот, на которых генератор может работать. Амплитуда напряжения всюду одинакова — хорошо.

Экспериментальные задачи физических олимпиад Теперь подключим к выходу генератора и вольтметр, и «чёрный ящик» (параллельно). Оказывается, на высоких ча стотах амплитуда напряжения, которую показывает вольт метр, падает. Это говорит о том, что на высоких частотах импеданс ящика становится по модулю меньше внутреннего сопротивления генератора, то есть к выводам «чёрного ящи ка» подключён конденсатор.

Соединим теперь вольтметр, «чёрный ящик» и генератор последовательно. На низких частотах показание вольтметра примерно в два раза меньше, чем при непосредственном подключении к выходу генератора. Это говорит о том, что в «чёрном ящике» имеется резистор, тоже подключённый к выводам «чёрного ящика», причём сопротивление это го резистора примерно равно 440 Ом. На частоте около 2 кГц показание вольтметра уменьшилось примерно в 0,7 раз в сравнении со значением на низких частотах. Следователь но, величина ёмкости конденсатора может быть вычислена из соотношения wCR = 1.

Измерение параметров «чёрного ящика» (11—1—2004) Задание: в спичечной коробке находится сложная схема из четырёх элементов (там могут быть резисторы, катушки, конденсаторы) — между точками 0 и 1 включены ровно два элемента, между точками 0 и 2 — тоже ровно два элемента.

Точки 1 и 2 непосредственно друг с другом не соединены.

Нужно определить схему включения элементов и измерить их электрические параметры.

Оборудование: генератор низкочастотных гармонических колебаний, универсальный измерительный прибор (АВОметр школьный, он в нашем случае только АВ-метр, сопротивле ний он не измеряет — нет внутренней батарейки), резистор сопротивлением 1,3 кОм (его сопротивление можно считать точным), провода. Учтите, что измерительные приборы (гене ратор, АВ-метр) вовсе не идеальны. А вот входящие в состав «чёрного ящика» элементы можно считать при этих измере ниях идеальными.

Примечание: между точками 0 и 1 были последовательно включены конденсатор и резистор, между точками 0 и 2 — 136 Часть конденсатор той же ёмкости и резистор такого же сопротив ления, но параллельно.

Решение. Для определения содержимого «чёрного ящи ка» можно собрать схему, представляющую собой делитель напряжения. К выводам генератора подключаются соеди нённые последовательно резистор и «чёрный ящик». Из мерительный прибор по очереди подключается к выводам генератора, выводам резистора, выводам «чёрного ящика».

Подключение прибора к выводам генератора и проход по все му диапазону частот позволяют удостовериться, что нагрузка (последовательно соединённые «чёрный ящик» и резистор) не влияет на амплитуду колебаний напряжения на выводах генератора, то есть его внутреннее сопротивление достаточно мало в сравнении с сопротивлением резистора.

Вариантов подключения «чёрного ящика» всего четыре:

используются выводы (0 и 1), (0 и 2), (1 и 2) и (0 и 1+2). Для каждого варианта подключения строятся амплитудно-частот ные характеристики (АЧХ).

Если не использовать резистор, а подключать «чёрный ящик» непосредственно к выводам генератора, то для двух способов подключения «чёрного ящика» (0 и 2) и (0 и 1+2) на высоких частотах наблюдается уменьшение амплитуды колебаний, то есть в этих двух случаях к выходу генератора непосредственно подключён конденсатор. При этом сказыва ется наличие ненулевого внутреннего сопротивления генера тора. Таким образом, следует считать, что между выводами 0 и 2 «чёрного ящика» включён конденсатор. А поскольку при таком же подключении (0 и 2) на низких частотах на «чёрном ящике» падает не всё напряжение генератора, это означает, что параллельно конденсатору подключён ре зистор.

При подключении «чёрного ящика» выводами (0 и 1) или (1 и 2) на низких частотах на «чёрном ящике» падает всё напряжение генератора. Это означает, что в ветви (0—1) включён конденсатор. А поскольку на высоких частотах на «чёрном ящике» падает определённая доля напряжения, не равная нулю, это означает, что в «чёрном ящике» между выводами (0 и 1) последовательно с конденсатором включён резистор.

Экспериментальные задачи физических олимпиад При подключении к генератору «чёрного ящика» вывода ми 1 и 2 на АЧХ наблюдается максимум вблизи некоторой частоты: это соответствует тому, что в «чёрном ящике» при его подключении способом (1 и 2) находится так называемая «цепочка Вина».

После установления схемы «чёрного ящика» нужно вы числить значения обнаруженных ёмкостей и резисторов.

Для способа подключения (0 и 1) на высоких частотах при последовательном соединении «чёрного ящика» и рези стора можно узнать сопротивление резистора, находящегося в «чёрном ящике» между этими выводами.

Для способа подключения (0 и 2) на низких частотах при последовательном соединении «чёрного ящика» и рези стора можно узнать сопротивление резистора, находящегося в «чёрном ящике» между этими выводами.

Зная величины сопротивлений, можно выбирать разные частоты генератора и для разных способов подключения «чёрного ящика» установить, какие именно величины ёмко стей имеют конденсаторы, находящиеся внутри.

Лампочка (11—1—2003) Оборудование: генератор звуковых частот, миллиампер метр переменного тока, два конденсатора ёмкости 0,68 мкФ каждый, лампочка, резистор (его сопротивление неизвестно).

Задание: проведите измерения и постройте график зави симости тока через лампочку от приложенного напряжения.

Найдите отношение сопротивлений лампочки при токах 5 мА и 20 мА.

Примечания: генератор и миллиамперметр — школьные (ну, сами понимаете, не совсем идеальные). Лампочка выдер живает ток до 50 мА, при большем токе может и перегореть.

Конденсатор можно считать идеальным.

Решение. Сначала проверим, насколько хороши милли амперметр и генератор. Выставим самую малую частоту и небольшое напряжение на выходе генератора. Подключим последовательно конденсатор, миллиамперметр и генератор.

Постепенно увеличивая частоту и напряжение, добьёмся то го, чтобы миллиамперметр показал заметный ток. Теперь 138 Часть подключим параллельно миллиамперметру неизвестный ре зистор. Показание миллиамперметра практически не изме нилось, следовательно, его внутреннее сопротивление значи тельно меньше сопротивления этого резистора. Таким обра зом, из миллиамперметра и этого резистора можно сделать вольтметр с неизвестной (пока) чувствительностью. Подклю чим последовательно конденсатор, вольтметр и генератор.

Теперь можно измерить сопротивление неизвестного рези стора. Для этого подберём такую частоту генератора, при которой замыкание накоротко этого неизвестного резистора вызывает увеличение показаний миллиамперметра примерно в 20,5 раз. При этом между ёмкостью конденсатора, сопро тивлением резистора и угловой частотой колебания имеется связь wCR = 1 (R = 0,5 кОм).

С помощью вольтметра можно измерить выходное напря жение генератора. Поскольку нас предупредили о том, что при токе, большем 50 мА, лампочка может перегореть, нужно с ней быть осторожными, то есть не следует подключать лампочку непосредственно к выходу генератора. Вновь со берём цепь из последовательно соединённых конденсатора, миллиамперметра и генератора. Выставим такие значения частоты и напряжения генератора, чтобы миллиамперметр показывал ток 50 мА. Если лампочку подключить параллель но миллиамперметру, то его показание немного уменьшится, а лампочка при этом светиться не будет. Это означает, что сопротивление лампочки в холодном состоянии и внутреннее сопротивление миллиамперметра имеют одинаковый поря док величины. Теперь включим в эту цепь лампочку после довательно. Показание миллиамперметра уменьшилось. По величине нового показания миллиамперметра, напряжения на выходе генератора и значениям частоты генератора и ём кости конденсатора можно найти напряжение на лампочке и её сопротивление для данного значения тока. Для построе ния вольтамперной характеристики (ВАХ) лампочки нужно получить достаточно большое количество точек (напряже ние-ток).

Отношение сопротивлений лампочки при разных токах, текущих через неё, ищется с помощью полученной вольтам перной характеристики.

Экспериментальные задачи физических олимпиад «Чёрный ящик» (11—2—2005) Нужно экспериментально определить схему, заключён ную внутри «чёрного ящика», и измерить параметры поме щённых в него элементов.

Приборы и оборудование: «чёрный ящик» с четырьмя выводами (номера выводов указаны на корпусе), генератор низкой частоты, универсальный измерительный цифровой прибор (измеряющий постоянное и переменное напряжение, силу тока, сопротивление постоянному току), провода. Из вестно, что внутри ящика ровно три элемента — ими могут быть резисторы, конденсаторы или катушки.

Примечание: между выводами 1 и 2 был подключён кон денсатор, между выводами 2 и 3 — катушка, между выводами 3 и 4 — резистор.

Решение. Сначала следует попробовать «пощупать» «чёр ный ящик» с помощью прибора в режиме измерения сопро тивлений. Между выводами 1 и 2 (или 1—3, 1—4) прибор по казывает разрыв. Между выводами 2 и 3 прибор показывает очень малое сопротивление. Между выводами 2 и 4 (а также 3 и 4) прибор показывает некоторое сопротивление R.

Теперь эксперимент нужно провести на переменном токе.

Измеряется выходное напряжение генератора U0.

При включении последовательно генератора, миллиам перметра и выводов ящика 1 и 2 на малых частотах ток через амперметр мал, а при увеличении частоты ток растёт вплоть до «зашкаливания» прибора. Ясно, что между этими выводами включён конденсатор.

При включении последовательно генератора, миллиам перметра и выводов ящика 1 и 3 на малых частотах ток через амперметр мал, а при увеличении частоты растёт вплоть до значения U/R. Это означает, что параллельно резистору не подключён конденсатор.

При включении последовательно генератора, миллиам перметра и выводов ящика 2 и 4 на малых частотах ток через амперметр равен примерно U/R, а при увеличении частоты ток уменьшается почти до нуля. Ясно, что между этими выводами включены последовательно резистор и катушка индуктивности.

140 Часть После установления содержимого «чёрного ящика» узнать параметры находящихся внутри элементов не представляет труда.

Исследование «чёрного ящика» (11—2—2006) Оборудование: «чёрный ящик», содержащий ровно два элемента, которые не соединены друг с другом, две миниа тюрные лампочки, потенциометр (реостат с тремя выводами) сопротивлением 0,2 кОм, генератор звуковой, провода.

Задание: определите экспериментально содержимое ящи ка и измерьте параметры помещённых в него элементов.

(Внутри ящика находились резистор с сопротивлением несколько десятков Ом (в зависимости от типа лампочек) и конденсатор ёмкостью 1—5 мкФ.) Решение. Для начала, как обычно, проверим качество работы генератора. Соединим последовательно генератор, по тенциометр и лампочку. Настроим генератор и потенциометр так, чтобы лампочка заметно светилась. Пройдёмся по все му диапазону частот, в котором генератор работает. Накал лампочки практически не зависит от частоты — это хоро шо! Подключим к выходу генератора ещё и вторую лампоч ку. Свечение лампочки, подключённой через потенциометр, практически не изменилось. Вывод: внутреннее сопротивле ние генератора достаточно маленькое, это тоже хорошо.

Теперь займёмся «чёрным ящиком».

Соединим последовательно генератор, лампочку, потен циометр и один из неизвестных элементов, находящихся внутри ящика. Настроим генератор и потенциометр так, что бы лампочка заметно светилась. Пройдёмся по всему диапа зону частот, в котором генератор работает.

Для одного из неизвестных элементов свечение лампочки не зависит от частоты. Если «закоротить» этот элемент, све чение лампочки вырастает. Вывод: этот элемент — резистор.

Для второго неизвестного элемента картина другая: на низких частотах лампочка гаснет, а на высоких частотах разгорается ярче. Вывод: этот элемент — конденсатор.

Потенциометр нам достался проволочный с поворотным движком скользящего контакта (полный угол поворота око Экспериментальные задачи физических олимпиад ло 300 ). Сопротивления частей потенциометра, включённых между его концами и скользящим контактом, пропорцио нальны соответствующим углам поворота движка. Снабдим потенциометр самодельной шкалой из бумаги и стрелкой, тоже сделанной из бумаги. Зная сопротивления разных ча стей потенциометра, можно найти сопротивление резистора, находящегося в «чёрном ящике». Для этого подключим сразу две лампочки к генератору двумя параллельными цепями:

одну последовательно с потенциометром, а другую последо вательно с неизвестным резистором в ящике. Настройкой потенциометра добьёмся одинаковой яркости свечения обеих лампочек. Поменяв местами лампочки, убедимся, что и в этом случае их свечения одинаковы, следовательно, сопро тивления потенциометра и неизвестного резистора в этом случае одинаковы.

Теперь заменим ставший известным резистор вторым неизвестным элементом. Подберём такую частоту генерато ра, чтобы и в этом случае обе лампочки горели одинаково ярко. Зная частоту генератора и сопротивление потенциомет ра, можно вычислить ёмкость конденсатора, находящегося в «чёрном ящике».

Исследование «чёрного ящика» (11—1—2008) Задание: определите схему соединения элементов внутри «чёрного ящика», измерьте параметры этих элементов.

Оборудование: «чёрный ящик», генератор низкой часто ты, миллиамперметр переменного тока, резистор 1 кОм, про вода.

В ящике содержатся два элемента — нужно определить тип этих элементов, схему их соединения, измерить с макси мально высокой точностью их параметры. Миллиамперметр имеет два предела измерений — 5 и 50 мА, он хорошо ра ботает на тех частотах, которые обеспечивает генератор, он содержит диодный выпрямитель, «падение напряжения» на миллиамперметре при максимальном отклонении стрелки прибора составляет примерно 0,6 В.

(В ящике находились индуктивность и ёмкость, включён ные параллельно друг другу, рис. 25.) 142 Часть Если включить последовательно гене ратор, резистор, «чёрный ящик» и милли амперметр и плавно изменять частоту, на которой работает генератор, то на часто те около 10 кГц можно было обнаружить «падение» показаний миллиамперметра Рис. в узкой полосе частот. Это соответству ет резонансу колебаний в контуре, состоящем из катушки индуктивности и конденсатора. При этом общее сопротивле ние последовательной цепи становится очень большим, что соответствует параллельному соединению конденсатора и ка тушки индуктивности внутри «чёрного ящика». Поскольку элементов внутри ящика всего два, можно убедиться в том, что там действительно конденсатор и катушка индуктивно сти. Для этого собираем схему, в которой последовательно соединены генератор, «чёрный ящик» и измерительный при бор. При достаточном удалении по частоте от резонанса как вниз, так и вверх показания прибора растут вплоть до его «зашкаливания». Это соответствует тому, что суммарный им педанс «чёрного ящика» убывает и на низких, и на высоких частотах.

Чтобы проверить, насколько «хорош» генератор (в том смысле, насколько мало его внутреннее сопротивление), со берём схему, в которой «чёрный ящик» последовательно с миллиамперметром подключён к генератору. Выберем ча стоту, при которой показание прибора составит примерно полную его шкалу и при дальнейшем удалении от резонанса продолжает расти. Для этого нужно уйти от резонанса либо вверх, либо вниз. Затем подключим к выводам генератора резистор 1 кОм. Если показание прибора изменилось мало, значит, его сопротивление значительно меньше сопротивле ния резистора, то есть генератор достаточно хорош.

Теперь подключим этот же резистор параллельно изме рительному прибору. Если его показание изменится мало, значит, его внутреннее сопротивление значительно меньше сопротивления резистора, что тоже говорит о качестве при бора.

При изменении частоты генератора вблизи резонанса вверх и вниз можно добиться того, чтобы миллиамперметр Экспериментальные задачи физических олимпиад показывал максимальное значение тока I1, которое опре деляется параметрами «чёрного ящика» (сопротивлениями генератора и миллиамперметра пренебрегаем). После этого включаем в цепь последовательно с «чёрным ящиком» и ге нератором ещё и резистор. По изменению показаний прибо ра I2 можно вычислить реактивное сопротивление «чёрного ящика» на соответствующей частоте. Это позволит найти величины ёмкости и индуктивности, сравнив их импедансы с сопротивлением резистора. Точные формулы для токов с учётом малости сопротивлений прибора и генератора тако вы:

U0 U, I1 =.

I2 = L/C L/C + R (1/wCwL)2 (1/wCwL) Если считать, что выше частоты резонанса основной вклад в импеданс даёт конденсатор, а для низких частот основную роль играет индуктивность, то написанные формулы будут выглядеть значительно проще:

U0 U,, w wрез, I2 = I1 = w2 L2 + R2 wL U, I1 = wCU0, w wрез.

I2 = + R w2 C Исследование колебаний линейки, закреплённой одним концом (11—2—2008) Задание: исследуйте колебания линейки, закреплённой одним концом.

Оборудование: пластиковая линейка длины 42 см (цвет — розовый, или оранжевый) — объект изучения, штатив с плос ким чугунным основанием, струбцина, прокладка (брусок из алюминия), вторая линейка длины 40 см, тонкая и прочная капроновая нить с бусинкой массой m = 0,34 г (сделана из камня с названием «кошачий глаз»), груз с крючком и с резиновым кольцом (кольцо предназначено для закрепления нити), динамометр школьный (пределы измерения от 0 до 4 Н).

144 Часть П.1. Теоретическое задание: найдите частоту колебаний бусинки, закреплённой на нити, которая растянута с силой F mg. Концы нити жёстко закреплены. От концов нити до бусинки расстояния L1 и L2. Бусинка смещается в направ лении, перпендикулярном равновесному положению нити, и отпускается.

П.2. Измерения. Штатив уложите «набок». Используя книги в качестве опоры, добейтесь вертикального распо ложения чугунного основания. Объект изучения (цветную пластиковую линейку) с помощью струбцины закрепите го ризонтально между прокладкой и чугунным основанием так, чтобы свободной оказалась часть линейки длиной L (от 25 до 7 см). Измерьте зависимость частоты колебаний линейки от длины её свободной части с помощью измерительной системы из нитки, бусинки, груза.

Первая (теоретическая) часть работы была успешно вы полнена всеми участниками III тура. Все нашли зависимость собственной частоты колебаний системы из нитей и бусинки от данных в условии параметров:

F(L2 + L1 ).

w= mL2 L Условие экспериментальной части задачи предполагало вполне определённый способ закрепления линейки с помо щью штатива и струбцины: плоскость линейки в положении равновесия была вертикальной, при этом линейка была вы тянута в длину горизонтально.

Свободные колебания линейки возбуждались вручную ударом по линейке или путём выведения её из положения равновесия и отпускания.

Для измерения частоты колебаний линейки на линейку вблизи места её зажима струбциной крепится один из концов нити колебательной системы, предназначенной для измере ния частоты. Такое место крепления обеспечивает слабую связь колебательных систем (линейки и бусинки на нитке), то есть нитка с бусинкой не сильно влияет на собственные колебания линейки. При возбуждении колебаний линейки возбуждаются и колебания бусинки. Вблизи резонанса коле бания бусинки имеют достаточно большую амплитуду, чтобы Экспериментальные задачи физических олимпиад зафиксировать наличие этих колебаний и подобрать пара метры измерительной системы для получения резонанса.

Подбор осуществлялся изменением длин свободных участков нити и изменением силы натяжения нити. Резонанс фикси ровался визуально, при этом точность подбора параметров (длины участков нити) не превышала 2 см при длине соот ветствующего участка нити около 20 см, то есть погрешность измерения частоты была не меньше 5%.

На основании проведённых измерений следовало постро ить график зависимости частоты собственных колебаний ли нейки от длины её свободной части.

Квадрат угловой частоты колебаний обратно пропорцио нален кубу длины свободной части линейки. Это легко обос новать: при фиксированном изгибе линейки вблизи места её закрепления создаётся определённый момент сил, пропорци ональный углу изгиба линейки. Этот момент сил обеспечива ет движение с угловым ускорением участка линейки, масса которого пропорциональна длине участка. Момент инерции этого участка пропорционален, соответственно, кубу длины этого участка:

K Kf = fAL3 w2 =.

Al Вторую (экспериментальную) часть задачи участники III тура выполнили менее успешно. Скорее всего, это связано с тем, что методика настройки измерительной колебательной системы не была явно описана в условии задачи, а на приду мывание собственной методики требовалось время.

Волны на резинке Задание: найдите зависимость скорости распространения поперечных волн от силы натяжения резинки.

Рис. 146 Часть Оборудование: вибратор 50 Гц, сделанный из аквариумно го компрессора, резинка, кронштейны (несколько штук), ко торые легко крепятся на краю стола, рулетка, дина мометр.

Идея опыта представлена на рис. 26.

Генератор «звуковой» частоты Задание: изготовьте генератор звука на диапазон частот 50—200 Гц.

Оборудование: реле с одной группой из трёх выводов (нормально замкнутых и нормально разомкнутых), батарейка «Крона» (9 В), переменный резистор (потенциометр) с сопро тивлением 0—70 Ом, конденсатор ёмкостью 10 мкФ, соеди нительные провода.

Решение. Для автоматического переключения реле из од ного режима работы в другой можно использовать принцип работы электрического звонка (есть такое устройство для демонстраций на уроках физики в школе). Обмотка реле включается последовательно с нормально замкнутым контак том и подключается к источнику. Ток через обмотку начинает возрастать, и, когда он достигает нужного значения, кон такт разрывается. Некоторое время контакт отсутствует, за это время ток в обмотке уменьшается до величины «от пускания» и «язычок» (подключён к выводу № 3) снова перебрасывается к выводу № 1. Далее всё снова повторя ется.

Параллельно обмотке реле можно включить конденса тор большой ёмкости, этим можно существенно увеличить время, в течение которого нормально замкнутые выводы будут разомкнутыми. Потенциометр может использоваться для ограничения тока, при этом изменяется (уменьшается) время, в течение которого отсутствует контакт нормально замкнутых выводов реле.

После настройки собранной схемы экспериментатор под зывает дежурного и предъявляет ему работающую схему.

У дежурного имеется прибор для измерения частоты (часто томер, или осциллограф).

Экспериментальные задачи физических олимпиад Магнитные измерения Магнитное поле (до 2000 года) Задание: найдите зависимость величины индукции маг нитного поля на оси симметрии цилиндрического магнита небольших размеров от расстояния до магнита.

Оборудование: два «сильных» цилиндрических постоян ных магнита небольших размеров, компас небольших разме ров со шкалой направлений в градусах, пластиковая линей ка, миллиметровая бумага, скотч.

Решение: магниты прикрепляются на столе так, чтобы их оси симметрии были взаимно перпендикулярны. В точке пересечения осей симметрии располагается компас, который показывает направление суммарного магнитного поля, со зданного в месте его расположения магнитами (и Землёй).

Передвигая магниты, можно менять соотношение между ком понентами суммарного поля.

Желательно, чтобы компас находился посередине дере вянной столешницы, как можно дальше от железных частей конструкции стола. Магниты желательно расположить так, чтобы направление оси симметрии одного из них совпало с направлением горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Кстати, горизонтальную составляющую магнит ного поля Земли в этой задаче можно использовать в качестве единицы измерения величины индукции магнитных полей, создаваемых магнитами (она равна примерно 1,5 · 105 Тл).

Магнитный ускоритель Задание: найдите отношение силы, с которой стальной шарик притягивается к магниту, находясь вплотную к нему, к силе тяжести этого же шарика.

Оборудование: две немагнитные линейки длиной 40 см, липкая лента «скотч», цилиндрический магнит небольших размеров, четыре одинаковых стальных шарика, копироваль ная бумага 20 см 30 см, миллиметровая бумага.

(Масса магнита почти такая же, как и масса каждого шарика.) 148 Часть Предполагаемый способ решения. Изготавливается «на правляющая» дорожка для шариков. Линейки крепятся к столу липкой лентой так, чтобы шарики катались между ними или вдоль них. Магнит и два или три шарика с одной стороны от него лежат между линейками на краю стола, прижавшись друг к другу. Магнит липкой лентой крепится к столу, причём шарики и магнит касаются друг друга непо средственно. К ним с другой стороны направляется с нулевой начальной скоростью четвёртый шарик. Он разгоняется пе ред столкновением с магнитом и после удара передаёт свой импульс по цепочке самому крайнему шарику. Этот крайний шарик отрывается от всей «компании», покидает стол и летит в воздухе до соударения с полом. Измерив высоту стола и дальность полёта шарика по горизонтали, можно вычис лить его начальную скорость. Задавая разные начальные расстояния между магнитом и четвёртым шариком, можно выяснить зависимость приобретаемой этим шариком скоро сти от величины расстояния, пройденного «к магниту» перед ударом. По этой зависимости можно вычислить отношение сил притяжения к магниту и к Земле.

Исследование магнита (10—1—2006) Оборудование: магнит — 1 шт., металлические уголки — 5 шт. (заглушки гнёзд в материнском блоке компьютеров), динамометр — 1 шт., прочный капроновый шпагат — 1,5 м, липкая бумага, миллиметровая бумага, плотная бумага, её «плотность» (масса одного квадратного метра) 160 г/м2 — 1 лист формата A4, две палочки со срезанными ватными тампонами, мерная лента.

Задание: найдите зависимость от расстояния силы притя жения магнита и отогнутой под прямым углом части желез ного уголка (она располагается параллельно большой грани магнита). Постройте график этой зависимости.

Цилиндрические палочки — это маленькие катки, на кото рых может смещаться без трения один из уголков. Остальные уголки нужны, чтобы можно было крепить к ним прочный шпагат и, натягивая его динамометром, находить силу натя жения шпагата.

Экспериментальные задачи физических олимпиад Сила притяжения магнита и уголка в случае, когда они соприкасаются, настолько велика, что, просто потянув за уголок динамометром, её измерить нельзя. Такие силы мож но измерять методом разложения силы на составляющие.

Прочный шпагат, прикреплённый к подвижному уголку, на тягивается настолько сильно, что магнит и уголок готовы оторваться друг от друга. Если в середине шпагата зацепить его динамометром и потянуть в направлении, перпендику лярном шпагату, то он деформируется и принимает форму двух отрезков, составляющих друг с другом небольшой угол.

Величину этого угла можно измерить с помощью миллимет ровой бумаги. Помещая между уголком и магнитом плотную бумагу (картон), сложенную в несколько слоёв, можно уста навливать разные расстояния между магнитом и выбранной поверхностью стального уголка. Для больших расстояний между магнитом и уголком сила трения между уголком и сто лом начинает играть существенную роль. Чтобы уменьшить влияние трения на результаты измерений нужно исключить трение скольжения, заменив его трением качения. Для этой цели можно использовать пластмассовые трубочки. На них помещается уголок, и, для того чтобы сдвинуть с места этот уголок, требуется сила, значительно меньшая по величине, чем в том случае, когда «катки» не используются. Для ещё б льших расстояний можно уголок просто подвесить на длин о ном шпагате и измерять с помощью миллиметровой бумаги малые углы между вертикалью и шпагатом. Это тот же самый метод разложения сил на составляющие, действующие в разных направлениях.

Катушка (11, до 2000 года) Задание: определите число витков медного провода в ка тушке.

Оборудование: катушка с неизвестным числом витков, моток провода (длина 2 м), плоский магнит с размерами 1 см 7 см 10 см, стрелочный прибор «неизвестного назна чения» с линейной шкалой. Диаметр катушки 5 см много больше её толщины и разницы большего (внешнего) и мень шего (внутреннего) диаметров витков.

150 Часть Возможное решение. Подключив выводы катушки к при бору «неизвестного назначения» и поднося (или удаляя) ка тушку к магниту (или от него), легко установить, что стрелоч ный прибор показывает наличие индукционного тока. Если переворачивать катушку на 180, прижимая её до переворота и после переворота к магниту, то отклонение стрелки в мак симуме от переворота к перевороту хорошо воспроизводится.

Заряд, протекающий по цепи, пропорционален величине из менения магнитного потока через витки катушки при её перевороте.

Затем можно поверх имеющихся витков катушки намо тать ещё известное количество витков провода с помощью мотка проволоки, выданной в качестве оборудования. Под ключив выводы дополнительных витков к выводам катушки, можно получить новое количество витков (большее или мень шее неизвестного числа витков в зависимости от полярности подключения выводов). Измерения отклонения стрелки при бора в максимуме при аналогичных переворотах катушки с дополнительными витками позволяют вычислить неизвест ное количество витков катушки.

Индуктивность Найдите индуктивность катушки реле.

Оборудование: реле РЭС9 (или подобное), батарейка, ди од, конденсатор, стрелочный прибор, который может рабо тать в баллистическом режиме, соединительные провода.

Решение описано в первой части книги в разделе «Изме рения зарядов баллистическим методом. Ёмкость, индуктив ность».

Измерения магнитного поля (11—2—2007) Измерение магнитной индукции часто производят с помо щью датчиков, основанных на эффекте Холла — магнитное поле действует на движущиеся заряды с «поперечной» си лой, вызывая появление электрического поля, которое пер пендикулярно направлению движения заряженных частиц.

Измеряя «поперечную» разность потенциалов, мы можем Экспериментальные задачи физических олимпиад определить величину магнитной индукции B. В нашем опыте датчик представляет собой тонкую пластинку из полупро водника с примесью, которая обеспечивает проводимость n-типа (электронную), по ней пропускают ток (батарейка подключается к выводам белого цвета), электронным вольт метром измеряют разность потенциалов между другой па рой выводов (короткие, полупрозрачные). Для используемого датчика: полупроводниковый образец имеет форму тонкой квадратной пластинки, её размеры (1 1 0,05) см. Ток течёт вдоль длинной стороны, проводимость примесная, заряды — носители — электроны. Заряд электрона q = 1,6 · 1019 Кл, концентрация носителей составляет n = 1,3 · 1021 1/м3. Ке рамическая пластина, на которой закреплён датчик, имеет толщину 0,05 мм.

Оборудование: батарейка плоская, универсальный изме рительный прибор (цифровой «тестер»), датчик Холла с вы водами, два цилиндрических магнита (маленькие, блестя щие, легко теряются), магнит «бабочка», миллиметровая бумага, несколько листов бумаги одинаковой толщины.

Задание: измерьте магнитную индукцию у торца цилин дрического магнита, измерьте отношение максимальных маг нитных полей «бабочки» и цилиндрического магнита, сде лайте более точную оценку магнитной индукции цилиндриче ского магнита непосредственно у его поверхности. Старайтесь во всех случаях измерять именно максимальное значение магнитной индукции, так как поля в разных местах у торца магнита заметно отличаются друг от друга.

Оптика Коэффициент преломления стекла (11—2—1—2004) Измерение величины коэффициента преломления стекла, из которого сделана призма. Можно использовать миллимет ровую бумагу и карандаш (ручку) для рисования, солнечный свет. Если понадобится липкая лента, булавки, нитки, ли нейка — попросите их у дежурного. Другие приспособления и приборы использовать нельзя!

152 Часть Решение. Поскольку выданная призма — это стандарт ное школьное оборудование и всем школьникам оно хорошо известно, оценивались способы получения результата, и наи большую оценку получали те способы, которые в принципе могли дать максимальную точность. С помощью листа бума ги, карандаша, линейки и булавок можно было с большой точностью провести линии, которые располагаются парал лельно двум граням призмы, образующим острый угол око ло 30 —40. Соответственно, можно определить значение этого угла и его тригонометрических функций с высокой точностью. Если листок бумаги имеет характерные размеры 200 мм, то точность установки иголок по параллельности «на глаз» может быть достигнута около 1 мм, то есть угло вая ошибка не превышает 0,005 радиан. Затем с такой же точностью на бумаге можно провести ли нии, параллельные лучам света, которые преломляются в стекле на этом самом уг ле призмы вблизи его вершины (рис. 27).

Можно легко подобрать такое располо жение для входящего и преломлённого лучей, чтобы они были симметричны ми относительно рядом расположенных граней угла призмы. При этом внутри Рис. 27 призмы свет идёт перпендикулярно бис сектрисе угла, образованного этими гра нями. Такое расположение призмы соответствует экстрему му, который легко «улавливается» при наблюдении глазами.

Указанное расположение угла призмы и лучей света позво ляет получить простую формулу для расчёта. В результате исходные данные для вычислений коэффициента преломле ния позволяют получить ответ с точностью до второго знака после запятой (например, 1,545 ± 0,005).

Точнее измерить коэффициент преломления с помощью предоставленного оборудования в принципе невозможно, так как дисперсия света приводит к разным значениям коэффи циента преломления для света с разными длинами волн. Зна чения коэффициентов преломления для разных длин волн как раз и находятся примерно в этом диапазоне. На глаз по ложение булавок определяются по длинам волн, для которых Экспериментальные задачи физических олимпиад чувствительность зрения наибольшая, то есть в диапазоне жёлто-зелёного света. Красный свет имеет меньший, а синий и фиолетовый имеют больший коэффициент преломления.

Если за окном яркое солнце, то можно найти и диспер сию света, то есть разницу коэффициентов преломления для границ видимого диапазона (от красного до фиолетового).

Правда, для этого требуются гораздо большие по длине «пле чи» — от метра и более.

Косая линза (11—1—2007) В коробочке с двумя отверстиями находится часть плос ко-выпуклой линзы.

Задание: не разбирая коробочку, определите параметры этой линзы — её фокусное расстояние F и расстояние L от главной оптической оси до метки (крестика) на плоской поверхности линзы.

Оборудование: коробочка с частью линзы, источник све та — лазерная указка, миллиметровая бумага, липкая лента.

Внимание! Запрещается направлять луч света лазера на соседей и в свои глаза!!!

Не держите лазер включённым длительное время (бата рейки садятся!).

154 Часть Решение. Расстояние от маленького пятна на поверхности куска линзы (метки) до оптической оси составляло 12 см.

Фокусное расстояние линзы было около 27 см. Это были вы резанные кружочки из пластиковой линзы Френеля, когда-то входившей в состав так называемого «кодоскопа».

На фотографии ученик держит именно такую линзу.

Поскольку отверстия в коробочке были разного диаметра (одно около 5 мм в диаметре, а другое примерно 1,5 см в диа метре), возможный диапазон углов для направления света лазера на кусок линзы был ограничен. Построения лучей, основанные на свойстве прямолинейности распространения света, давали весьма немалые погрешности. Один из экспе риментаторов догадался найти такое расположение линзы, лазера и экрана, при котором луч света лазера (немного рас ходящийся пучок красного света с начальным поперечным сечением в форме эллипса с поперечными размерами порядка 2—3 мм) собирался на экране в пятно наименьшего размера.

У него получились результаты, наиболее близкие к истине.

Линза (11—1—2000) Измерьте коэффициент преломления налитой в мензурку жидкости и определите фокусное расстояние выданной лин зы.

Оборудование: мензурка с неизвестной жидкостью, линза, свечка (и спички — требуйте!), полупрозрачное стекло на под ставке, липкая лента — при необходимости, миллиметровая бумага.

Пожалуйста, расходуйте свечку экономно — жгите её толь ко при измерениях!

Комментарии: выданная линза рассеивающая и имеет небольшую оптическую силу порядка минус 1 дптр.

Возможный вариант решения задачи таков. Мензурка имеет цилиндрическую форму. Мензурка с налитой в неё про зрачной жидкостью используется в качестве цилиндрической собирающей линзы. Чтобы получить достаточно чёткое изоб ражение горящей свечи, нужно ограничить по высоте участок мензурки, через который свободно проходит свет. Для этого используются два бумажных кольца на поверхности мензур Экспериментальные задачи физических олимпиад ки. Их можно сделать из листа бумаги, взятого из рабочей тетради, либо из миллиметровой бумаги. Ширину просвета между бумажными кольцами, намотанными на мензурку, можно установить меньше 1 см. По одну сторону от мензурки на одной высоте с просветом устанавливается горящая свеча, а по другую сторону от мензурки устанавливается вертикаль но листок белой бумаги, на котором получают действительное перевёрнутое изображение свечи. Если варьировать расстоя ние от свечи до мензурки, то можно добиться возникновения чёткого изображения свечи на бумаге. Наилучшее в смысле минимальности ошибок измерения расстояний расположение свечи, мензурки и бумаги такое, при котором размер изобра жения совпадает с размером источника света, то есть рассто яния от изображения до мензурки и от свечи до мензурки — одинаковы. Диаметр цилиндра, образованного прозрачной жидкостью, на поверхностях которого происходит прелом ление света, можно измерить с помощью миллиметровой бумаги. После нахождения оптической силы цилиндрической линзы можно вычислить коэффициент преломления света для неизвестной жидкости.

Найти фокусное расстояние рассеивающей линзы можно, поместив её на пути света, идущего от свечи к мензурке.

При этом суммарная оптическая сила стеклянной линзы и жидкой цилиндрической линзы будет меньше оптической силы одной цилиндрической линзы.

Фонарь (11—2—2002) Определение параметров оптических приборов.

Приборы и оборудование: фонарик, два оптических эле мента — прозрачный и отражающий, штатив с лапкой, мил лиметровая бумага.

Задание: определите тип оптических элементов и опреде лите у каждого из них его главный параметр. Если сумеете — сделайте предположения о назначении тех устройств, от ко торых были отломаны эти оптические элементы.

Внимание! Ничего не рисуйте на выданных элементах, не царапайте, не ломайте и вообще не меняйте их начального состояния.

156 Часть (В качестве отражающего элемента был использован кусо чек компакт-диска формата DVD, в качестве прозрачного — кусочек однократно записываемого диска CD-ROM. Нужно было определить расстояние между дорожками — период ди фракционной решётки.) Возможное решение. Фонарик закрепляется в лапке на штативе на некоторой высоте над поверхностью стола. Непо средственно под ним горизонтально укладывается изучаемый объект. Изменяя положение своей головы, экспериментатор обнаруживает, что при некоторых расположениях его глаз виден свет, отражённый от поверхности элемента не перпен дикулярно к ней, причём свет разложен в спектр. Используя миллиметровую бумагу, можно найти углы, под которыми видны основные цвета видимого света: красный, зелёный, си ний. Длины волн, соответствующие этим цветам, известны.

Отсюда можно определить период дифракционной решётки, дающей такое разложение белого света в спектр.

Самодельный манометр Измерение давления Известно, что можно много раз открывать и закрывать бутылку с сильно газированным напитком и после закры вания бутылки давление газов в ней через некоторое время в значительной степени восстанавливается.

Задание: измерьте давление газов в пластиковой бутылке с сильно газированным напитком.

Оборудование: закрытая пластиковая бутылка с сильно газированным напитком (стенки бутылки и напиток прозрач ны — «Спрайт», например), медицинский шприц с пластико вым корпусом на 10 мл с нанесёнными на корпус делениями, у которого отрезаны «приливы» на корпусе (после такой операции шприц свободно пролезает в горлышко открытой бутылки), колпачок для шприца.

Предполагаемый способ решения задачи состоит в следу ющем.

В шприце «запирается» колпачком фиксированный объём воздуха при внешнем атмосферном давлении. Бутылка с на Экспериментальные задачи физических олимпиад питком аккуратно открывается без тряски, чтобы избежать обильного пенообразования. В бутылку помещается шприц с воздухом внутри, и крышка бутылки вновь завинчивается.

Бутылку несколько раз интенсивно встряхивают и сквозь прозрачные стенки отмечают новое значение объёма воздуха внутри шприца. Затем крышку вновь отвинчивают и акку ратно вынимают шприц, не сдвигая его поршень пальцами.

Крышку вновь закрывают и снова отмечают объём, зани маемый воздухом внутри шприца. Предположив, что сила трения поршня о стенки шприца одинакова при его движении в обе стороны, по результатам измерений объёма можно вычислить величину давления газов в закрытой бутылке.

Измерение давления Задание: измерьте с помощью выданного оборудования давление воздуха в пластиковой бутылке. В завинчивающую ся пробку этой бутылки вставлен штуцер, на который надета короткая пластиковая прозрачная трубка с зажимом.

Примечание. Воздух в бутылку до давления, неизвест ного экспериментаторам (2 атм), накачивали организаторы (студенты), находившиеся в соседней комнате. Давление из мерялось манометром.

Оборудование: длинная (1 м) пластиковая трубка с внут ренним диаметром 3 мм (от систем переливания лекарств), затычка для трубки, стаканчик с подкрашенной водой, «пе реходник» для герметичного соединения трубок, миллимет ровая бумага, прозрачная липкая лента «скотч».

Предполагаемое решение. В длинную трубку вблизи од ного из её концов помещается «водяной поршень». С другого конца трубка закрывается затычкой. Открытые отверстия длинной трубки с «водяным поршнем» и короткой труб ки герметично соединяются. Длинная трубка располагается горизонтально на столе. Вдоль неё укладывается нарезан ная полосками миллиметровая бумага, выполняющая роль линейки. Когда зажим ослабляется, воздух из бутылки, рас ширяясь, заставляет переместиться водяной поршень. По изменению объёма, занимаемого воздухом в длинной трубке 158 Часть между затычкой и водяным поршнем, можно вычислить давление воздуха в бутылке.

Неизвестный объём В «чёрном ящике», закреплённом на столе, находится сосуд неизвестного объёма с жёсткими стенками. Из ящика выведена короткая пластиковая трубка, соединённая внутри ящика с внутренностью сосуда.

Задание: определите внутренний объём сосуда.

(В качестве сосуда использовалась 0,5-литровая стеклян ная бутылка, частично заполненная водой или песком.) Оборудование: длинная (1 м) пластиковая трубка с внут ренним диаметром около 2 мм, медицинский шприц объёмом 150 мл с делениями на корпусе, тройник и переходники для соединения сосудов с трубками, затычка, зажимы, рулетка, прозрачная липкая лента.

Для решения задачи нужно из «подручных» средств из готовить манометр. Для этого используется длинная пласти ковая трубка. С одной стороны она закрывается затычкой, а с другой стороны в неё помещают небольшой по длине (3—4 см) водяной поршень. Если к сосуду, в котором име ется воздух при повышенном (в сравнении в атмосферным) давлении P, подключить сосуд с воздухом при атмосферном давлении P0, то после установления равновесия давление P в объединённом сосуде будет иметь некоторое значение, за ключённое между P0 и P1. Зная, что процесс изотермиче ский, можно вычислить неизвестный объём.

Пористость материалов Задание: определите долю пустого (заполненного возду хом) пространства в пористом материале.

Оборудование: цилиндрическая стеклянная пробирка, ре зиновая пробка со штуцером, длинная (1 м) пластиковая трубка с внутренним диаметром около 2 мм, медицинский шприц объёмом 50 мл, тройник и переходники для соедине ния сосудов с трубками, затычка, зажимы, пористые мате риалы в стаканчиках: песок, пластиковые гранулы, мелкие Экспериментальные задачи физических олимпиад кусочки битого стекла, упаковка ваты, свёрнутой в рулон, стаканчик с подкрашенной водой, прозрачная липкая лента «скотч».

Предполагаемое решение. Используется свойство воздуха занимать весь предоставленный ему объём в закрытом со суде. Пробирка с материалом (или без него) подключается к сосуду (шприцу), в котором находится воздух, имеющий более высокое давление, чем атмосферное. По уменьшению давления можно вычислить, во сколько раз увеличился объ ём, в котором после объединения сосудов находится воздух.


Считается, что температура воздуха до соединения сосудов и после соединения одинакова, то есть соответствующие га зовые процессы являются изотермическими. Манометр для измерения давления воздуха в сосудах изготавливается из длинной пластиковой трубки. Для этого с одной стороны трубка закрывается затычкой, а с другой стороны в неё помещается «водяной поршень».

Давление насыщенного пара Задание: измерьте давление насыщенного пара воды (спи рта, ацетона) при температурах 50 C, 60 C и 70 C.

Оборудование: термометр, школьный калориметр (сосуд, в котором вода не сразу остывает), две одинаковые стеклян ные бутылочки (от детского питания), пробки со штуцерами, длинная (1 м) пластиковая трубка с внутренним диаметром около 2 мм, переходники для соединения, затычка, липкая лента «скотч», рулетка, шприц 10 мл без иглы, вазелиновое (или машинное) масло, горячая вода, спирт, ацетон по требо ванию.

Использование технических средств Электронный секундомер Задание: установите зависимость времени распростране ния поперечной волны по свободно висящей цепочке от ниж него свободного конца до верхнего закреплённого конца от длины цепочки.

160 Часть Оборудование: длинная (2 м) цепочка одинаковых ша риков, нанизанных на гибкую нить (ёлочное украшение), штатив с креплениями и дополнительным стержнем длиной 1,5 м, электронный секундомер и две пары датчиков на запуск и остановку секундомера, состоящие из светодиодов и фотодиодов, которые при перекрывании светового потока выдают сигналы на запуск и остановку секундомера.

Решение. Цепочка подвешивается на кронштейне к стерж ню, который закреплён на штативе. Датчики устанавлива ются рядом с нижним концом цепочки по разные стороны от него. Самый нижний шарик располагается чуть ниже датчиков. Щелчком пальца или линейки по нижнему шари ку на цепочке возбуждается поперечная волна. Амплитуда отклонения нижних шариков должна быть достаточной для срабатывания датчиков запуска и остановки секундомера.

Время движения волны вверх и вниз одинаково и пропор ционально квадратному корню из длины цепочки.

Воздуходувка Известно, что в струе воздуха, выходящего из воздуходув ки, можно «подвесить» массивный шарик.

Задание: установите зависимость силы, с которой воз дух, выходящий из отверстия воздуходувки, действует на шарик, расположенный на оси симметрии воздушной струи, от расстояния между центром шарика и серединой выходного отверстия. Найдите зависимости этой силы от радиуса шари ка и от расстояния до оси симметрии при наличии смещения шарика от этой оси.

Оборудование: воздуходувка, создающая струю воздуха, направленную вертикально вверх (вместо воздуходувки мож но использовать бытовой пылесос), шарики разных размеров и масс, три штатива, нитки, динамометры, стопка книг раз ной толщины с суммарной толщиной около 20 см, линейка 0,4 м—0,6 м или рулетка.

Возможное решение. Можно зафиксировать положение шарика в пространстве над столом, а под ним перемещать воздуходувку. Для удержания шарика на одном месте мож но использовать две или три нити, натяжения которых из Экспериментальные задачи физических олимпиад меряются с помощью динамометров. Если подобрать такое расположение нитей, удерживающих шарик на месте, чтобы они были взаимно перпендикулярны, то расчёт величины суммарной силы не представляет труда. Вертикальное по ложение воздуходувки изменяется подкладыванием под неё разного количества книжек.

Воздушный компрессор для аквариума Задание: найдите максимальное давление воздуха, ко торое может создать компрессор, и установите зависимость производительности компрессора от разницы давлений (вы ходное давление — атмосферное давление).

Оборудование: пластиковая прозрачная бутылка 2 л, про бка со штуцером, трубка с внутренним диаметром больше 5 мм, соединительные трубки, краны, затычки, пластиковая трубка длиной 1,5 м с внутренним диаметром 2 мм.

Электромотор Задание: установите зависимость развиваемой коллектор ным электрическим мотором механической мощности на валу от «нагрузки».

Оборудование: коллекторный электромотор, источник пи тания, соединительные провода, амперметр, вольтметр, шта тив (2 м) с кронштейнами, блоки, прочные капроновые нити, набор грузов с прорезями.

Примечание: один из блоков должен содержать два скле енных соосно шкива разных диаметров (1 : 5) на одной оси — это редуктор для электромотора. Можно использовать элек тромотор и редуктор, которые объединены в один механизм.

Школьные мини-лаборатории «NOVA5000»

Теплопроводность Задание: найдите величину удельной теплопроводности материала, из которого сделана толстая проволока с изоля ционным слоем на поверхности.

162 Часть Оборудование: базовая модель NOVA5000 с четырьмя дат чиками температуры, два стаканчика с мерными делениями, пачка бумажных салфеток, миллиметровая бумага, кусок толстой проволоки длиной около 15—20 см с ПВХ изоля цией, изогнутый в форме подковы, концы проволоки осво бождены от изоляции и расплющены. Можно использовать толстую (с поперечным сечением 30—100 мм2 ) медную или алюминиевую проволоку. Горячая и холодная вода по требо ванию.

Ход работы: подготавливаются к измерениям лаборато рия NOVA5000 и датчики температуры. В каждый стаканчик можно опустить от одного до четырёх датчиков температуры в разные места объёма. Это нужно для проверки того, что температура воды во всём объёме стакана примерно одина кова. В один стаканчик наливается холодная вода с темпера турой ниже комнатной, а в другой — горячая вода с темпе ратурой выше комнатной. В стаканчики опускаются разные концы толстой проволоки. По изменению температур воды в стаканах вычисляется удельная теплопроводность матери ала проволоки. Длина изолированного участка проволоки и площадь его поперечного сечения измеряются с помощью миллиметровой бумаги.

Меры предосторожности, принимаемые для того, чтобы увеличить точность измерений и уменьшить тепловые потери или «приобретения»: желательно, чтобы разница температур воды и комнаты не превышала 15 градусов. Тогда тепловые потоки от окружающей среды к холодной воде или от горячей воды к окружающей среде будут не слишком велики. Для оценки мощности соответствующих потоков нужно последить за показаниями приборов, помещённых в изолированные ста канчики, в которые ещё не опущены концы проволоки. Перед началом регистрации данных в эксперименте с проволокой нужно выждать некоторое время, в течение которого в прово локе установится стационарное распределение температуры, и затем быстро сменить воду в обоих стаканчиках. Только после этого стоит регистрировать зависимости показаний приборов от времени. Для оценки времени выжидания можно окунуть проволоку, имеющую комнатную температуру, обо ими её концами только в один стаканчик и последить за Экспериментальные задачи физических олимпиад изменением показаний термометров. Следует использовать бумажные салфетки для термоизоляции стаканчиков и про волоки.

Освещённость— Задание: получите зависимость освещённости от рассто яния до источника света в двух случаях: источник имеет малые размеры (точечный), источник представляет собой длинный светящийся цилиндр.

Оборудование: мини-лаборатория NOVA5000, оснащённая датчиками освещённости с разными чувствительностями, ав томобильная лампочка накаливания 12 В 50 Вт на штати ве с источником питания, люминесцентный источник света в форме длинного цилиндра с блоком питания на штативе, соединительные провода. Большой кусок картона, покрашен ного с одной стороны чёрным цветом, а с другой стороны — белым (из него можно сделать коробку для затемнения боль ших размеров, чтобы в ней поместилось оборудование без экспериментатора и блока NOVA5000). Линейка с миллимет ровыми делениями, нитка, липкая лента, ножницы.

Предполагаемые действия: на столе устанавливается обо рудование. Линейка приклеивается к поверхности стола. К штативу с источником света крепится нитка и вытягивается вдоль линейки. Изготавливается картонная коробка с внут ренними чёрными стенками. Собранная установка накрыва ется картонной коробкой, и коробка крепится к столу липкой лентой. Положение источника света можно менять с помо щью нитки, передвигая его под коробкой вдоль поверхности стола. Без коробки провести достаточно точные измерения невозможно, так как мешает внешнее освещение.

Освещённость— Задание: получите зависимость яркости свечения лампоч ки накаливания в видимом диапазоне длин волн от подводи мой к ней электрической мощности.

Оборудование: мини-лаборатория NOVA5000, оснащённая датчиками освещённости с разными чувствительностями, ав 164 Часть томобильная лампочка накаливания 12 В 50 Вт на штативе с источником питания, амперметр, вольтметр, картонная ко робка с чёрными внутренними стенками, светофильтр, выде ляющий свет вблизи длины волны 0,5 мкм (0,48—0,56 мкм).

КПД преобразования электроэнергии в свет лампочкой накаливания Поскольку глаза человека наполнены водой, участок спек тра электромагнитных волн, пропускаемых водой, примерно совпадает с видимым глазами диапазоном длин волн.

Задание: определите долю энергии видимого света в из лучении, создаваемом лампочкой накаливания, работающей в номинальном режиме. В качестве фильтра, поглощающего ИК-излучение и пропускающего видимый свет, используйте прозрачную воду.

Оборудование: мини-лаборатория NOVA5000, оснащённая четырьмя датчиками температуры. Автомобильная лампочка накаливания 12В 50 Вт на штативе с источником пита ния, амперметр, вольтметр. Три тонкостенных плоскодон ных стеклянных цилиндрических стакана одинаковой высо ты (около 15 см) с разными диаметрами (стаканы входят друг в друга с зазорами шириной около 1 см;

во внутренний стакан свободно входит лампочка с зазорами порядка 1 см).

Стеклянная мензурка с делениями объёмом 150—200 мл.

Прямоугольный кусок бархатной бумаги чёрного цвета или кусок чёрной бархатной ткани с такими размерами, чтобы можно было обернуть боковую поверхность стакана с самым большим диаметром. Чистая вода по требованию.

Предполагаемое решение. Стаканы помещаются соосно внутрь друг в друга. Внешний и внутренний стаканы напол няются водой, объёмы залитой воды измеряются мензуркой.


Получается воздушный зазор между средним и внутрен ним стаканами. Бархатная бумага сворачивается в цилиндр и опускается в воду внутрь внешнего стакана. Лампочка до её включения (!), то есть в холодном состоянии погружается полностью в воду внутрь самого маленького по диаметру ста кана. Датчики температуры помещаются во внутренний слой воды и во внешний слой воды. Всё, что проходит сквозь про Экспериментальные задачи физических олимпиад зрачную воду в видимом диапазоне длин волн, поглощается чёрной бумагой, а большая часть ИК-излучения будет погло щена водой во внутреннем стакане самого малого диаметра.

По изменению температуры воды можно вычислить тепловые мощности, выделяющиеся во внутреннем слое и во внешнем слое воды. Суммарная тепловая мощность примерно равна электрической мощности, подводимой к лампочке. Потери энергии имеют место только вблизи дна и верха внешнего стакана, где свет не улавливается чёрной бумагой.

Реле в экспериментальных задачах Реле РЭС9 (РЭС10 или другие подобные им реле) исполь зуется в качестве объекта изучения. У реле имеется обмотка, состоящая из большого количества проволочных витков, вы воды для подключения концов обмотки к источнику тока, группы выводов (одна или несколько), между которыми мо гут существовать электрические контакты.

В группу обычно входят три вывода (им соответствуют три возможных состояния контакта). Два из выводов группы (№ 1 и № 3) замкнуты, когда через обмотку реле ток не течёт вовсе или течёт недостаточно большой ток. При этом третий вывод (№ 2) с двумя контактирующими выводами не соединён. О такой паре выводов, контактирующих при отсутствии тока в обмотке реле, говорят, что они «нормально замкнутые».

Выводы реле иногда называют «контактами», что с точки зрения логики неправильно, но традиция есть традиция...

Если ток в обмотке реле превышает некоторую пороговую величину — ток срабатывания, то реле «включается» и нор мально замкнутая пара выводов размыкается, а замыкается другая пара № 2 и № 3. Их называют «нормально разомкну тыми» выводами.

При уменьшении тока в обмотке сработавшего реле до определённого значения — тока отпускания — реле вновь пе реключается к нормальному положению выводов. Обычно ток отпускания реле меньше тока срабатывания на 10—20%.

166 Часть Бывают реле, у которых группы состоят только из двух выводов, причём есть группы как с «нормально замкнуты ми», так и с «нормально разомкнутыми» выводами.

В течение небольшого времени, пока происходит «пе реброска» одного из выводов (№ 3) — его ещё называют «язычком» — от первого ко второму (или обратно), все три вывода не контактируют друг с другом. Это время называют «мёртвым». Мёртвое время t1—2 может отличаться от време ни t2—1.

Время срабатывания реле Найдите зависимость промежутка времени, отсчитывае мого от момента подключения реле к источнику тока до момента замыкания нормально разомкнутых контактов реле, от поданного на обмотку реле напряжения.

Оборудование: реле с одной группой из трёх выводов (нормально замкнутых и нормально разомкнутых), батарейка «Крона» (9 В), переменный резистор (потенциометр) с сопро тивлением 0—70 Ом, конденсатор известной ёмкости (10 мкФ), резистор с неизвестным сопротивлением (10 кОм), мульти метр, микроамперметр (может работать в баллистическом режиме), соединительные провода.

Способ решения описан в части 1 книги в разделе «Изме рение малых промежутков времени».

Время отпускания реле Найдите промежуток времени от момента отключения обмотки реле от источника тока до момента замыкания нор мально замкнутых контактов реле.

Оборудование: реле с одной группой из трёх выводов (нормально замкнутых и нормально разомкнутых), батарейка «Крона» (9 В), переменный резистор (потенциометр) с сопро тивлением 0—70 Ом, конденсатор известной ёмкости (10 мкФ), резистор с неизвестным сопротивлением (10 кОм), мульти метр, микроамперметр (может работать в баллистическом режиме), соединительные провода.

Экспериментальные задачи физических олимпиад Способ решения описан в части 1 книги в разделе «Изме рение малых промежутков времени».

Мёртвое время При переключении реле из положения с нормально за мкнутыми выводами к положению, когда замкнуты нор мально разомкнутые выводы, имеется промежуток времени, в течение которого язычок реле не подключён ни к нормально замкнутому, ни к нормально разомкнутому выводу. Найдите зависимость этого промежутка времени от поданного на об мотку реле напряжения.

Оборудование: реле с одной группой из трёх выводов (нормально замкнутых и нормально разомкнутых), батарейка «Крона» (9 В), переменный резистор (потенциометр) с сопро тивлением 0—70 Ом, конденсатор известной ёмкости (10 мкФ), резистор с неизвестным сопротивлением (10 кОм), мульти метр, микроамперметр (может работать в баллистическом режиме), соединительные провода.

Способ решения описан в части 1 книги в разделе «Изме рение малых промежутков времени».

Гистерезис Внутри «чёрного ящика» находятся соединённые неиз вестным образом реле и резистор.

Задание: определите параметры элементов, находящихся внутри «чёрного ящика».

Оборудование: «чёрный ящик», батарейка «Крона», муль тиметр, вольтметр, потенциометр, соединительные провода.

Решение. Нужно построить зависимость сопротивления «чёрного ящика» от напряжения на его выводах и нарисовать возможную электрическую схему, которая могла бы обладать такими свойствами.

Обмотка реле с сопротивлением R в «чёрном ящике»

подключается к выводам «чёрного ящика» последовательно с резистором, имеющим сопротивление R/2, через нормально замкнутые выводы реле. При этом нормально разомкнутый вывод реле подключён к выводу из «чёрного ящика» непо 168 Часть средственно (то есть минуя добавочный резистор). После срабатывания реле ток обмотки вырастает в 1,5 раза, так как суммарное сопротивление цепи становится меньше в 1,5 ра за. Это обеспечивает увеличение различия тока срабатывания и тока отпускания реле — гистерезис.

Предполагается, что школьники нарисуют схему с реле (рис. 28).

Рис. Задачи, которые ещё не давались на олимпиаде Столкновение монет Установите долю механической энергии, которая теряется при упругом ударе двух монет.

Оборудование: две монеты по 5 руб. и две монеты по 2 руб., штатив с зажимами, упругая пластиковая (или дере вянная) линейка, миллиметровая бумага, лист белой бумаги формата А2 или А1.

Предполагаемый способ решения задачи. Изготавлива ется «пусковая установка» для монет. Для этого упругая линейка крепится в штативе так, чтобы при её оттягивании и отпускании она ударяла по монете и сообщала ей некую фиксированную скорость. Проверяется «качество» пусковой установки. После щелчков монета скользит по горизонталь ной поверхности стола, покрытой бумагой, и останавливается на некотором расстоянии от места старта. Сначала замеряют ся «длины пробега» монеты, не испытавшей удара. А затем измеряются «длины пробега» монеты, лежавшей на столе Экспериментальные задачи физических олимпиад и получившей импульс после столкновения с другой монетой, которую запустили из «пусковой установки».

Мощность лампочки Задание: измерьте электрическую мощность, подводимую к лампочке накаливания.

Оборудование: источник питания 5 В, лампочка нака ливания, штатив, термометр, пластиковый цилиндрический стаканчик, чёрная копировальная бумага (10 см 10 см), миллиметровая бумага. Нельзя горячую (горящую) лампочку из воздуха опускать в воду! Стеклянный баллон лопнет, а вторую лампочку вам не дадут! Из воды в воздух горящую лампочку вынимать можно.

Лампочка в холодном состоянии помещается внутрь ста канчика, чёрная бумага тоже помещается внутрь — она про кладывается вдоль стенок стаканчика. Только после этого в стакан заливается вода, в неё опускается термометр, а уж затем лампочка подключается к источнику тока.

Плотность воды Найдите зависимость плотности воды от температуры в диапазоне 0 C—50 C при атмосферном давлении.

Оборудование: стеклянная бутылочка от детского пита ния, пробка со штуцером, пластиковая трубка с диаметром внутреннего отверстия примерно 2 мм и длиной 1,5 м, шприц 10 мл без иглы, стеклянная банка 1 л, снег, горячая и холод ная вода по требованию. Считайте, что при 4 C плотность воды равна 1000 кг/м3.

Большой период колебаний Задание: сделайте устройство, в котором бы происходили колебания с периодом 5 с.

Оборудование: штатив с двумя кронштейнами, деревян ная линейка 40 см, нить.

Экспериментатор после изготовления устройства подзыва ет дежурного с секундомером, и дежурный проводит изме 170 Часть рение периода колебаний. Результат фиксируется в рабочей тетради и визируется дежурным.

Пользоваться собственными часами запрещается! Оценка за результат тем выше, чем ближе период колебаний в изго товленном устройстве к заказанной величине.

Точка Кюри Задание: найдите зависимость силы притяжения магнита и кусочка железо-никелевого сплава от температуры.

Оборудование: магнит, стерженёк из сплава, стеклянный сосуд для воды, бумажные салфетки, термометр, штатив, нить, липкая лента «скотч», холодная и горячая вода по требованию.

(Сплав имеет точку Кюри около 60 C.) Силы можно измерять известными методами, например методом разложения сил с использованием нити и груза. Из менение температуры сплава достигается помещением сплава в горячую воду.

Разборный трансформатор Дана батарейка «Крона» 9 В, два конденсатора C1 = 1 мкФ и C2 = 900 мкФ, разборный трансформатор с одной намо танной и одной пустой катушкой. Намотанная катушка — готовая обмотка недоделанного трансформатора — содержит 2—3 тысячи витков, это число указано на ней. Катушка проволоки для наматывания второй обмотки. Переключатель электрической цепи, соединительные провода диод, элек тростатический вольтметр или вольтметр с очень большим внутренним сопротивлением (желательно в несколько сотен МОм)1.

Задание: с помощью батарейки можно заряжать толь ко конденсатор ёмкостью 900 мкФ. От этого заряженного конденсатора нужно за один раз передать незаряжённому Кстати, для целей этого эксперимента подойдёт школьный демон страционный осциллограф, у которого выводы отклоняющих пластин выведены наружу и не соединены с какими-либо другими блоками этого осциллографа.

Экспериментальные задачи физических олимпиад конденсатору с ёмкостью 1 мкФ максимально возможную энергию. После проведения успешного эксперимента нужно подозвать одного из дежурных и провести контрольный экс перимент в его присутствии. Полученный результат в Воль тах записывается в рабочую тетрадь, а дежурный «визирует»

его.

(В первичной обмотке трансформатора должно быть в C2 /C1 = 30 раз меньшее количество витков, чем во вторич ной обмотке.) Труба в «чёрном ящике»

Из «чёрного ящика», жёстко закреплённого на столе, вы ходят два конца пластиковой прозрачной трубки с внутрен ним диаметром 1—1,5 см. Участки концов длиной 15—20 см расположены вертикально и закреплены. Один из концов вверху «загибается вниз» — в него воду наливать невозмож но.

Задание: определите длину однородной трубки, находя щейся внутри «чёрного ящика».

Оборудование: секундомер, воронка, вода по требованию (дежурный наливает воду в трубку из чайника, а эксперимен татор командует: «лей — стоп»).

Решение. Вода наливается до тех пор, пока в двух вер тикальных участках трубы не появятся «столбики» воды, заполнившие эти вертикальные участки наполовину. В до ступный для наливания воды конец трубы экспериментатор дует и добивается того, что в другом видимом вертикальном участке трубы вода поднялась почти до верхней точки. За тем «дутьё» прекращается и измеряется период возникших колебаний воды в трубке. Этот период связан с общей длиной участка трубки, заполненного водой, а не только с видимыми заполненными водой участками.

Шарик с газом Задание: установите, каким газом наполнен выданный резиновый шарик с диаметром примерно 20—25 см. Обо лочку шарика экспериментатор сам отдаёт организаторам, 172 Часть и они возвращают ему эту оболочку с газом внутри. Газ «выдаётся» только один раз в тот момент, когда его попросит экспериментатор.

Оборудование: рычажные весы, штатив, несколько не на дутых резиновых (воздушных) шариков, бумажная рулетка 1 м с миллиметровыми делениями, нитка, липкая лента «скотч», учебник по физике или по другому предмету. (Кни га должна иметь стандартные размеры и массу, близкую к массе стандартного учебника. Набор гирь и габариты весов должны быть такими, чтобы книгу нельзя было взвесить непосредственно на весах, а только методом «частичного»

взвешивания.) Книгу можно заменить на плоское стекло толщиной 3—4 мм, длина и ширина стекла должны быть примерно такими же, как у книги.

Шарики можно надувать углекислым газом или арго ном — эти газы имеют б льшую плотность, чем плотность о воздуха в комнате. Книга нужна, чтобы узнать давление газа внутри, для этого она кладётся сверху на шарик, и давление измеряется по размеру пятна контакта книги и шарика.

Решение очевидное — оболочка шарика взвешивается до заполнения её газом, а затем взвешивается та же оболочка с газом внутри. Рулетка используется для нахождения объ ёма газа в шарике. С помощью учебника или листа стекла можно оценить давление газа внутри шарика. Оно не сильно отличается от внешнего атмосферного давления. По резуль татам проведённых измерений оценивается молярная масса газа.

Очковая линза Задание: найдите коэффициент преломления выпукло-во гнутой линзы от очков с оптической силой примерно (+2)— (+2,5) дптр. На потолке (высота более 3,5 м) должен быть яркий источник света — лампа накаливания небольших раз меров.

Оборудование: линза, миллиметровая бумага, яркий то чечный источник света на потолке.

Решение. Поверхность стекла частично отражает свет.

Поэтому в том случае, когда центры кривизны стеклянных Экспериментальные задачи физических олимпиад поверхностей находятся между стеклом и далёким точечным источником света, можно получить действительные изоб ражения источника света не только «за линзой», но и в промежутке между линзой и источником света. Эти изобра жения можно получить, например, на листочке бумаги. Для решения задачи необходимо найти и фокусное расстояние линзы F, и расстояния L1 и L2 от линзы до действительных изображений, получаемых между линзой и источником све та. Таких изображений достаточно большой яркости два (их на самом деле больше, но все остальные изображения имеют существенно меньшую яркость, чем два самых ярких). Одно из этих изображений создаётся только при отражении света от вогнутого «зеркала» с небольшим коэффициентом отраже ния. Измерив расстояние от линзы до этого изображения L (оно дальше от линзы, чем второе изображение), можно вычислить радиус кривизны этого «зеркала»: R1 = 2L. Второе изображение между линзой и источником света создаётся при двойном прохождении света через линзу и отражении от другого тоже вогнутого зеркала, у которого такой же малый коэффициент отражения. Измерив расстояние до него L2, можно найти значение величины: 1/L2 = 2/F + 2/R2.

Вычислив из этих данных радиусы кривизны поверхно стей линзы R1 и R2, можно воспользоваться формулой линзы 1 1 = (n 1).

+ F R1 R Из этой формулы вычисляется значение коэффициента пре ломления n материала, из которого сделана линза.

Мультивибратор Задание: соберите устройство, которое бы генерировало электрические колебания на основной частоте 200 Гц (или в диапазоне 100—500 Гц).

Оборудование: два одинаковых транзистора (с паспортом на них), батарейка, соединительные провода, монтажная пла та, резисторы и конденсаторы из определённых диапазонов (100 Ом—10 МОм, 0,01 мкФ—10 мкФ) выдаются по требова нию экспериментатора.

174 Часть Участник соревнований подзывает дежурного и сообщает, что может предъявить результат. Эксперимент проводится в присутствии дежурного, результат фиксируется в рабочей тетради, и дежурный его «визирует».

Чем меньше деталей заказал и получил участник и чем быстрее он заставил схему генерировать на нужной частоте (±10%), тем более высокий балл он получает.

Фазовращатель Задание: соберите схему, которая бы позволяла из сину соидального сигнала на частоте 103 Гц получить сигнал, тоже меняющийся по гармоническому закону, но со сдвигом фазы на определённый угол (в диапазоне от +70 до 70 ).

Оборудование: переменный резистор 100 кОм, соедини тельные провода, монтажная плата, резисторы и конденсато ры из определённых диапазонов (100 Ом—10 МОм, 0,01 мкФ—10 мкФ) выдаются по требованию эксперимента тора.

Участник соревнований подзывает дежурного и сообщает, что может предъявить результат. Эксперимент проводится в присутствии дежурного, результат фиксируется в рабочей тетради, и дежурный его «визирует».

Чем меньше деталей заказал и получил участник и чем быстрее он заставил схему работать так, как указано в усло вии задачи, тем более высокий балл он получает.

ПРИЛОЖЕНИЯ Инструкция по технике безопасности для учеников, работающих в школьной учебно-научной лаборатории 0. Работать в одиночку в лаборатории запрещено!

1. Будьте внимательны, дисциплинированны, осторожны:

сначала выполните указания учителя, а затем спросите, по чему он его дал (иначе вопрос может потерять актуальность).

2. Входя в лабораторию, снимите сумки с плеча. Сумкой легко задеть приборы, стоящие на столах (вспомните челове ка с рюкзаком в автобусе).

3. Приборы и оборудование, находящиеся в лаборато рии, не одноразовые! Не следует уносить их с собой из лаборатории! Инструментов немного, поэтому лучше руко водствоваться правилом: «где взял, туда же и положи после использования».

4. Уберите со стола всё лишнее. Лишние предметы будут мешать, а тетради и книги по другим предметам можно залить или поджарить. Единственный предмет, который при годится при любой работе, хотя и не указан отдельно, — это голова. Но расположение и крепление её выполнено столь удачно, что она никогда не мешает в работе.

5. Перед работой продумайте все этапы её выполнения.

Созданная вами установка должна быть безопасной и не должна мешать работе ваших коллег. Если после вниматель ного знакомства с задачей у вас остались вопросы — задайте их учителю. Будьте гуманны, ведь одновременно работать над многими задачами не может даже учитель.

6. Собрав электрическую цепь, проверьте её ещё раз, а затем позовите учителя. После его разрешения можно пода вать напряжение на схему. Конструкторы приборов не могли предусмотреть всех ваших ошибок. Электрические приборы, как правило, выходят из строя гораздо быстрее, чем вы успеете понять, что допустили ошибку.

176 Приложения 7. К оголённым местам проводов не стоит прикасаться не только руками, но и проводниками (например, грифель карандаша является прекрасным проводником).

8. Помните, что конденсатор и после отключения от сети остаётся заряженным. Конденсатору всё равно через кого раз ряжаться, а вам нет. Предоставьте конденсатору возможность разрядиться через проводник, который следует держать за изолирующую ручку (обычно это делают отвёрткой).

9. После окончания работы сначала отключите схему от источника напряжения, а затем её разбирайте. Ведь никому в голову не придёт отвинчивать батарею, не перекрыв горя чую воду.

10. Будьте особенно осторожны при работе со стеклянной посудой или термометрами, они очень хрупки. Разбив стек ло, не пытайтесь сами ликвидировать последствия. Вы своё сделали, остальное может сделать и учитель.

11. Перед работой нужно аккуратно подобрать распу щенные волосы (отнюдь не из эстетических соображений).

Длинные распущенные волосы не только прекрасно выгля дят, но и великолепно горят (не всякое утверждение стоит проверять экспериментально).



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.